STRUCTURAL, THERMAL, MORPHOLOGICAL AND ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF (BI2O3)1-X-Y-Z(HO2O3)X (EU2O3)Y(ER2O3)Z QUATERNARY SYSTEM SYNTHESIZED BY USING SOLID-STATE REACTION METHOD


Creative Commons License

YETİMAN S., POLAT Y., DAĞDEMİR Y. , ARI M.

II. INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND VOCATIONAL STUDIES CONGRESS (BILMES 2018), Nevşehir, Turkey, 5 - 08 July 2018, pp.309-310

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Nevşehir
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.309-310

Abstract

While the waste is only water when hydrogen is used as the fuel, harmful gasses nascent in case of using fossil as the fuel are incomparable it. Fuel cells are not the only technology used to heat with hydrogen, but they are the most important regarding electrical efficiency. The solid oxide fuel cell (SOFC) produces electricity directly from gaseous fuel with an oxidant in an efficient and environmentally way, catches on day by day. It is a nonreliable fact that using this technology in our country, as it will provide many advantages, will create an alternative energy source, will reduce external dependency, affect the country's economy positively. Electrolytic materials, which provide ionic conductivity and therefore determine the total efficiency of the fuel cells, are one of the vital factors in the SOFC. Within the scope of this study; high energy production efficiency of the solid electrolyte, low production cost and is appropriate for prospective series production are aimed mainly. Bi2O3 based and other materials obtained by adding different oxides are used as solid electrolyte material owing to its stable structure, high conductivity, long lifetime, lower working temperature. In the current study, (Bi2O3)1-x-y-z(Ho2O3)x(Eu2O3)y(Er2O3)z ternary system were synthesized by using solid-state reaction method. Structural, morphological, thermal and electrical properties of samples were evaluated by X-Ray Diffraction (XRD), Differential Thermal Analysis (TG/DTA), Scanning Electron Microscope(SEM). For synthesize of electrical properties four-probe method have been used.
The highest conductivity; 3.60x10-1 cm-1 was measured in the 10 mol % Ho2O3, 5 mol % Eu2O3, 5 mol % Er2O3 doped 80 mol % Bi2O3 sample at 1082 °C operating temperature. After the comparison to other solid oxide electrolyte in the literature, this developed new type of electrolyte material has a high oxygen ionic conductivity and lower activation energy. These results show that our study have succeed.

Yakıt olarak hidrojenin kullanıldığı durumlarda atık yalnızca su iken yakıt olarak fosil yakıt kullanılması durumda dahi açığa çıkan çevreye zararlı gazlar kıyaslanamaz derecededir. Yakıt hücreleri hidrojenle ısıtmada kullanılan tek teknoloji değildir, fakat elektriksel verimlilik açısından en önemlisidir. Katı oksit yakıt hücresi (SOFC ), bir oksidan ve gaz yakıttan , verimli ve çevreye duyarlı bir şekilde direk elektrik üretir. Bu teknolojinin, ülkemize kazandırılması, birçok açıdan avantaj sağlayacağı gibi, alternatif bir enerji kaynağı oluşturacağı, dışa bağımlılığı azaltacağı, ülke ekonomisini olumlu yönde etkileyeceği göz ardı edilemez bir gerçektir. Elektrolit malzemeler, katı yakıt oksit yakıt pillerde, iyonik iletkenliği sağlaması ve dolayısıyla yakıt hücrelerinin toplam verimini belirlemede hayati etkenlerden birisidir. Bu çalışma kapsamında, üretilen yakıt hücresi sistemlerinin temel bileşeni olan katı elektrolitin enerji üretim veriminin yüksek olması, düşük üretim maliyetli ve ileriye dönük seri üretime uygun olması temel amaçtır. Kararlı yapı, yüksek iletkenlik, uzun ömürlülük ve düşük çalışma sıcaklığı nedeniyle Bi2O3 bazlı ve farklı oksitler eklenerek elde edilen diğer malzemeler katı elektrolit olarak kullanılır.
Bu çalışmada (Bi2O3)1-x-y-z(Ho2O3)x(Eu2O3)y(Er2O3)z termal sistemi katı hal reaksiyonları metoduyla analiz edilmiştir. Örneklerin yapısal, morfolojik, termal ve elektriksel özellikleri X-Işınları Difraktometresi (XRD) ,Diferansiyel Termal Analiz ((TG/DTA) ve Taramalı Elektron Mikroskobu(SEM) ile karakterize edildi.Elektriksel özellikleri tayin için ise dört nokta metodu kullanıldı.
En yüksek iletkenlik 1082 °C çalışma sıcaklığında; %80 mol Bi2O3 ‘e; % 10 mol % Ho2O3, 5 mol % Eu2O3, 5 mol % Er2O3 katkılanarak 3.6 x 10-1 cm-1 olarak ölçülmüştür. Literatürdeki diğer katı oksit elektrolitlerle karşılaştırıldığında, bu yeni geliştirilen elektrolit malzemenin yüksek oksijen iyonu iletkenliği ve düşük aktivasyon enerjisine sahip olduğu tespit edildi. Bu sonuçlar çalışmamızın amacına ulaştığını göstermektedir.